ONDAS
HIBRIDAS
EN
GUIAS
OPTICAS
ULTRADELGADAS
C.
Ojeda,
J.
Cid
y L.
To ne
Depa amen o
de Teo ía de
la
Señal y Comunicaciones,
ETSI
Telecomunicación
Uni e sidad Poli écnica de Ca aluña, Apdo. 30002, 08080 Ba celona
Tel: 4016527; Fax: 4017232; E-mail: [email p o ec ed]
Abs ac
The exis ence condi ions and wa eguiding p ope ies
o
new hyb i.d,
TE
and
TM
dominan wa es
guided
by
ul a hin o ganic ilms cladded
by
bi e ingen c ys als a e epo ed.
Resumen
Los ma e iales o gánicos, cuyas p opiedades óp icas son ácilmen e ajus ables, ienen unas
g andes aplicaciones
pa a
los disposi i os o ónicos in eg ados, pasi os y no lineales, de
segundo y e ce o den ( e e.g. [l)).
En
la
ac ualidad se
han
desa ollado di e en es écnicas
de ab icación en geome ias planas y bidimensionales, que p opo cionan guias op icas con
dimensiones ípicas del o den de mic óme os. 'La ecnología ac ual pe mi e cons ui
ambien películas delgadas y ul adelgadas de espeso meno , del o den de 10-1000 nm,
con
un
con ol p eciso de
la
es uc u a
y dimensiones de
la
película,
po
ejemplo median e
écnicas de deposición Langmui -Blodge . Nues o obje i o en
es a
comunicación es pone
de mani ies o que es e ipo de guias de
onda
óp icas, consis en es en películas ul adelgadas
sob e
un
subs a o
de c is al bi e ingen e posi i o,
si
se diseñan adecuadamen e pe mi en
la
exis encia de ondas adicionales que no habían sido in es igadas con an e io idad.
Cen a emos
nues a
a ención en películas ul adelgadas de espeso
D,
ecubie as
po
un
c is al bi e ingen e cuyos índices de e acción o dina io y ex ao dina io son n0, y n0
.,
y en
un
medio isó opo con índice de e acción ne, u
o o
medio bi e ingen e con índices
de e acción n0c y
nec·
A e ec os ilus a i os, los esul ados numé icos co esponde an
a los
pa áme os
ípicos de
una
película o gánica deposi ada sob e c is al de cua zo, y
como
cubie a
se u iliza á
un
c is al isó opo ( ípicamen e Co ning) o c is al líquido 5CB,
ope ando· con adiación
>.
= 532nm, p o enien e de
un
lase de Nd:YAG de ecuencia
doblada. Cen a. emos
nues a
a ención en espeso es en el ango de 50 a 150 nm, que
co esponden con los esul ados ípicos dados
po
las películas ul adelgadas de Langmui -
Blodge . Conside amos con igu aciones X o Y -cu , en las que los ejes óp icos de
los
c is ales se
si uan
en el plano de
la
guía, o mando
un
ángulo B con el eje de
la
guía.
1225
. "
;.·
Con
la
excepción de las con igu aciones en las que se p oduce p opagación pa alela o
pe pendicula al eje óp ico, las ondas guiadas
po
la
es uc u a
conside a.da son de ipo
híb ido con las seis componen es de campo.
La
ecnología de
óp ica
in eg ada emplea
ípicamen e con igu aciones y ma e iales
pa a
los cuales ne3 > n0, > ne ( e.
g.
guias de
onda
de
LiTa0
3 con
cubie a
Si0
2 ) . Dichas
es uc u as
pe mi en
la
exis encia de ondas
TE-
TM
e h b idas, pe o como es bien conocido, exis e
un
espeso de co e, mínimo
pa a
que exis an ondas
o almen e
guiadas. Sin emba go, las guías de
onda
adecuadamen e
cons uidas con
n.,
>
ne
> n0
.,
no mues an dicho espeso de co e
[2].
Las es uc u as
asimé icas consis en es
en
películas ul adelgadas sob e
un
ma e ial bi e ingen e (con
n.,
#
nec
y n0, # n0
c,
o bien
(),
#
Be)
mues an p opiedades análogas, pe mi iendo
la
exis encia de ondas
o almen e
guiadas
pa a
cualquie alo del espeso de
la
película
[3].
Po
encima de los alo es de co e, es as ondas son los bien conocidos modos h b idos
guiados
[4],
y
pa a
D
/)..
-+
O,
con
)..
la
longi ud de
onda
de
abajo,
conducen a las ondas
de supe icie guiadas
po
la
in e ase
en e
la
cubie a
y el
subs a o.
La exis encia de es as
ondas de supe icie ue
pues a
de
mani ies o
po
Dyakono
[4].
Cuando
a amos
con
un
medio isó opo en
la
cubie a, el ma gen angula de o ien a-
ciones del eje óp ico que
pe mi e
la
exis encia de ondas de supe icie guiadas depende
muy ue emen e del alo de
la
bi e ingencia del
subs a o
y del índice de e acción
del ma e ial de
la
cubie a
.
Pa a
el c is al de cua zo, el in e alo angula pe mi ido es
ex emadamen e
pequeño,
/::;,.()
~
1°
x
10-
3, mien as que P" " cubie as de c is al líquido
5CB los cálculos p edicen alo es ípicos de
/::;,.()
~
0.5°. Sin emba go, el pun o
impo an e
es
que en ambos casos el ma gen angula
aumen a
ápidamen e
con el espeso de
la
película.
Con o me D
/)..
aumen a, las o ien aciones del co e del eje óp ico se ace can a
Oº
y 90º.
En
el caso de
una
película isó opa, los alo es lími e se alcanzan
pa a
los espeso es de co e
de las ondas guiadas con pola ización
TE.
Po
o a
pa e,
la
azón en e las componen es
ans e sales y longi udinales de los campos de
la
sondas guiadas depende de la o ien ación
del eje óp ico, alcanzando el alo mínimo en el
pun o
de co e de adiación hacia
el
sub-
s a o
. Analogamen e, el cálculo de las acciones de
po encia
TE
y
TM
que
anspo a
la
onda
h b ida guiada en
una
película ul adelgada ( egimen monomodal), mues a que
PTE
>>
Pn1,
poniendo de mani ies o
la
na u aleza
TE
dominan e de
la
onda
h b ida.
C_e_n émonos
aho a
en
las
es uc u as
asimé icas con medios bi e ingen es en
la
cu-
bie a. ·
La
Figu a
l(a)
ilus a
(no a escala) las o ien aciones pe mi idas del eje óp ico
del
subs a o
que
pe mi en
la
exis encia de ondas guiadas de supe icie en
una
in e ase
simé ica (pe o con
()e
#
O,),
pa a
un
alo dado de
Oc.
El in e alo angula de posibles al-
o es de
O,
es á
p ac icamen e cen ado en -Oc, y su
anchu a
depende del alo de
Oc.
Pa a
1226
··._
,
c..-:
una
in e ase cua zo-cua zo y
Be
=
30º,
iB
'.:::'.
1°
X
10-
2, mien as que en
un
c is al líquido
5CB
iB
::::::
2.3°. Con o me c ece
el
espeso de
la
película, el
ma gen
angula
aumen a
ápidamen e
y apa ece
un
nue o in e alo
pe mi ido
casi simé ico (cen ado
en
+Be)·
La
Figu a
1 (b) es ep esen a i a de
una
con igu ación ípica de película ul adelgada. Final-
men e,
la
Figu a
1 (
c)
co esponde a
una
cubie a
bi e ingen e di e en e al
ma e ial
que
o ma el
subs a o.
En
es e
caso, debido a la
na u aleza
asimé ica de
la
guía de onda,
exis e espeso de co e
pa a
los modos
TE
y
TM
que iene luga
pa a
Be
=
O.
=
Oº,
90º,
pe o
de nue o no hay co e de las ondas híb idas. Además, las ondas de supe icie guiadas
po
la
in e ase
cubie a-subs a o
exis en
pa a
o ien aciones del eje óp ico del
subs a o
den o
del in e alo angula
pe mi ido
cen ado
en
±B.o,
donde
B.o
es
la
o ien ación del
eje óp ico cumpliendo n
••
(B.
0) = n0
e(Be),
con n0
(B)
el índice de e acción ex ao dina io
de
la
onda
que se p opaga
en
el
c is al
uniaxial.
En
la
Figu a
2 se
mues a
la
dependencia
del indice e ec i o de las ondas guiadas con
la
o ien ación del eje op ico,
pa a
una
mues-
a
ípica
basada
en cua zo c is alino con dos espeso es dis in os de la
capa
guian e, que
co esponden a
una
guía monomodo y a
una
bimodo. En
la
egión monomodal la
onda
guiada
es
TE
dominan e,
mien as
la
segunda
es
TM dominan e.
La
Figu a
3 nos
mues a
la
g á ica g oso -o ien ación eje óp ico, donde se obse an las es egiones posibles de op-
e ación:
zona
p ohibida (co e), egión monomodal y zona con p opagación de dos ondas
guiadas.
En
conclusión,
el
esul ado p incipal de es e
abajo
es que las guías de
onda
ade-
cuadamen e
cons uídas, consis en es en películas ul adelgadas ecubie as
po
c is ales
posi i os bi e ingen es,
no
mues an
co e
pa a
la
exis encia de
una
onda
o almen e
guiada
con pola ización casi ans e sal, y
po
lo
an o
exis en ondas híb idas guiadas po
debajo
del
pun o
de co e usual. Las condiciones de exis encia de ales ondas dependen
ue emen e
de los g oso es de
la
película y
de
los di e en es índices de e acción de los
ma e iales in oluc ados. Las posibles aplicaciones de es as ondas a disposi i os o ónicos
dependen
de
la
posibilidad de sin oniza
la
o ien ación de co e del eje óp ico a a és de
los
pa áme os
de
la
guía de ondas, bien con olando
el
p ocedimien o de ab icación o
po
medio de p ocedimien os dinámicos.
Re e encias
[l] L.
A.
Ho nak ed., "Polyme s o Ligh wa e and In eg a ed Op ics," Ma cel Dekke ,
NY,
1992.
[2)
L.
To ne , J.P. To es and
D.
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Moha am,
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Ligh wa e Technol., 6 (1988)
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[4)
M.L D'yakono , So . Phys.
JETP,
67
(1988)
714.
1227
90°
-90º
[ -=
o 1
C;il
90°
-90º
~
L2:...::.I
(~)
90°
-90º
(e)
Figu a
1:
Diag amas pola es de las o ien aciones del eje óp ico pe mi idas
pa a
que exis an
ondas guiadas en
la
in e ase y peliculas ul adelgadas. (a)-(b):
es uc u a
simé ica; (c):
in e ase asimé ica.
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o JO 60
o
o JO 60
90
O ien!acion
del
•i•
aplico
(g ados)
O ien!acion
del
eje
aplico
(g ados)
Figu a
2:
Indice e ec i o de las ondas guiadas en unción de
la
o ien ación del eje óp ico.
(d):D/>. =
0.2;
(e):
D/>.
= 0.3
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REGION
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UONOl.IODO
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¡::
30
o
REGION
CON
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DOS
MODOS
¡::
"'
·¡::
o o
o.o
0.2
0.-4
0.6 0.8
1.0
D/A.
Figu a
3:
Regiones de exis encia de ondas guiadas en unción de los alo es de
la
o ien-
ación del eje óp ico y del espeso no malizado de
la
película.
1229
...
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